PVC高发泡阻燃材料生产工艺和配方探讨

魏家福，李志龙，童晓鹏

（新疆天业集团有限公司，新疆 石河子 382000）

PVC高发泡阻燃材料生产工艺和配方探讨

魏家福，李志龙，童晓鹏

（新疆天业集团有限公司，新疆 石河子 382000）

介绍了PVC高发泡阻燃材料的生产工艺及配方，讨论了配方设计，并对采用新老配方生产的PVC高发泡材料的性能进行了对比。

PVC树脂；发泡剂；发泡调节剂；溶剂；配方

PVC具有价格低廉、原料易得、成型性能、力学强度以及电绝缘性能良好等优点，更为突出的是，与其他泡沫塑料相比，PVC泡沫塑料自身具有较好的阻燃性，被广泛应用于家具、建筑、汽车、广告、装饰等行业，近年来得到了飞快的发展。

1 工艺及配方

模压发泡成型是塑料制品发泡成型的主要方法之一，主要是其工艺过程比较简单，容易控制。模压发泡成型一般可以分为一步法和两步法[1]。一步法成型是指将混合后的物料直接投入模腔发泡成型；两步法是先将混合好的物料预发泡处理，然后放置模腔进行发泡成型。由于一步法模压发泡成型比两步法操作方便且生产效率高，故本文研究中采用一步模压法进行探讨。

1.1 发泡材料的主体配方（见表1）

1.2 发泡材料成型工艺

将各种粉料按量准确称取，加入捏合机中低速搅拌。准确称量有机溶剂和稳定剂，将有机溶剂分为2份，待粉料搅拌15 min后，将2/3的有机溶剂和稳定剂加入，低速搅拌25 min后，再将剩余的有机溶剂全部加入，提高转速，搅拌15 min。随后将混合均匀的物料加入模具中，直到物料完全充满模具后合模。然后升温至 150～160 ℃，保压 30～40 min，冷却至50～60℃后开模，得到初始发泡板。最后将其放入烘箱烘干，取出修剪，得到最终样板。其工艺流程示意图见图1。

表1 PVC发泡板材的主体配方

图1 PVC树脂发泡工艺流程图

1.3 设计工艺参数

由于采用的模具尺寸不同，对应的工艺参数也不同，本实验采用的模具尺寸为：150×200×10 mm；对应的工艺参数为：硫化温度150～160℃；冷却温度25～40℃，后处理温度40～60℃；硫化压力 10～15MPa；硫化时间 30～40 min，冷却时间 20～30 min，后处理时间 120～180 min。

2 PVC高发泡阻燃材料的组分

2.1 PVC树脂

采用模压一步法制作高发泡PVC材料时，需要选聚合度＞1 000、粒径＜50 μm的PVC树脂。为了得到高发泡倍率的材料，首先，要有一个均匀的混合体系，其次，要有适当的熔体强度。当聚合度＜1 000时，分子链短，熔融强度低，对气体的包裹性差，导致泡孔塌陷，发泡倍率低。当聚合度＞5 000时，一方面分子链太长，熔体强度过高，导致泡孔普遍偏小，影响材料的整体发泡效果；另一方面工业化生产较为困难，成本比较高。研究中采用新疆天业天伟化工有限公司生产的TPH-31型PVC糊树脂聚合度约为1 650，粒径约25～35 μm，用后取得了理想的发泡效果。

2.2 发泡剂

一般制作硬质高发泡材料时，需要具备的基本要求是：必须选择合适的发泡体系，确保熔融温度与发泡剂分解温度两者之间相互匹配；在配方体系中加入适量的加工助剂来降低塑化温度，提高塑化效率，增强熔体强度，从而提高发泡倍率。本实验采用复合发泡剂，分解温度为60～165℃，满足发泡剂的分解温度与PVC树脂熔融温度匹配的要求。在模压发泡过程中，发泡周期较长，可适当提高稳定剂的加入量，这样可以减少由于发泡周期较长对产品品质的影响。

2.3 发泡调节剂

PVC发泡材料的发泡调节剂是丙烯酸酯类的加工助剂，具备PVC加工助剂的所有基本特点，与PVC通用加工助剂的唯一不同的是PVC发泡调节剂的分子量要远高于通用型加工助剂。

在PVC发泡制品中，加入超高分子量聚合物的目的：一是为了促进PVC的塑化，二是为了提高PVC发泡物料的熔体强度，防止气泡的合并，以得到均匀发泡的制品；三是为了保证熔体具有良好的流动性，以得到外观良好的制品；四是提高产品的功能性（钢性、韧性、热变形等）要求和产品尺寸稳定性。常州科美高分子材料有限公司的生产的发泡调节剂K-810性能优异，当加入量达到5份左右，配合一定量的发泡剂，材料密度可控制在0.08～0.10 g/m3。

2.4 阻燃剂

尽管PVC自身具有优异的阻燃性，但经过发泡后会使PVC材料自身阻燃性能下降，需要额外添加阻燃剂，使其防火等级达到泡沫材料的使用要求。在本配方中，采用了三氧化二锑作为阻燃剂；三氧化二锑在燃烧初期，首先是熔融，在材料表面形成保护膜隔绝空气，通过内部吸热反应，降低燃烧温度。在高温状态下三氧化二锑被气化，稀释了空气中氧浓度，从而起到阻燃作用。

2.5 稳定剂

在PVC发泡板材生产过程中，为使物料充分塑化，物料的温度较高，且本实验采用模压发泡工艺，所需发泡时间较长。这些因素要求稳定剂必须具备足够的热稳定效能，才能保证产品的各项性能达到要求。

铅系复合稳定剂中氧化铅和硬脂酸的金属盐类虽然对AC发泡剂有活化作用，会使AC发泡剂分解温度变宽，但铅系稳定剂有毒，限制了产品的使用范围。钾/锌稳定剂不仅具有热稳定性，而且是一种优良的发泡助剂，广泛用于PVC发泡人造革、地板革、壁纸等领域。其催发泡效率高，制成的产品泡孔结构均匀且无毒性。鉴于其突出的优点，故本实验采用钾锌稳定剂。

2.6 溶剂

将PVC充分溶胀，使各种粉料与PVC树脂充分混合。查阅资料知道PVC的溶解度参数为9.5～10.0，根据相似相容原理，必须选用溶解度参数与PVC相近的有机溶剂。该公司使用的溶剂是新疆天业有限公司的高沸物，主要成分是二氯乙烷，经过试验证明完全满足以上发泡材料的要求。

2.7 填料

在配方体系中，填料的份数一般为15～50份。填料的加入一方面可以降低成本，另一方面换可以降低产品的收缩率，提升产品性能。但是加入量不能过多，过多会影响产品的表观密度及外观质量，反而使成本上升。

3 PVC高发泡阻燃材料的性能比较

按表1配方进行发泡实验，所得发泡板分别记为1号和2号，对其性能进行了检测，具体数据见表2。

表2 不同配方PVC高发泡板性能对比

由表1和表2对比可知，通过降低树脂含量，减少有机物的比例，氧指数由33增加到了37；通过增加发泡调节剂含量，泡孔尺寸由0.5 mm左右降至0.3 mm左右，导热系数由0.042 W/（m·K）降至0.035 W/（m·K）；通过增加填料含量，降低了发泡板收缩率，提高了发泡倍率。

4 结语

在高发泡阻燃材料研究过程中，配方的设计则需掌握所用各种助剂的性能，尤其是一些成分较为复杂的配方，对其有效成分和无效成分的作用加以了解，同时要统筹各方面的因素，实现产品功能化突出，性能优异的目的。

［1］聚氯乙烯加工手册编写组编．聚氯乙烯加工手册．北京：轻工业出版社，1990．

Discussion on production technology and formula of PVC high foaming flame retardant material

WEI Jia-fu，LI Zhi-long，TONG Xiao-peng
（Xinjiang Tianye Group Co.,Ltd.,Shihezi 382000，China）

This paper mainly introduces the production technology and formula of PVC high foaming flame retardant material，discusses its formula design，and compares the properties of PVC high foaming material produced by new and old formula.

PVC resin；foaming agent；foaming regulator；solvent；formulation

TQ325.3

B

1009-1785(2017)11-0015-02

2017-08-10